(57)【要約】  周波数二倍化レーザは、第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、利得媒質と、テレスコープモジュールと、偏光素子と、非線形結晶と、を備え、第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーが離間して配置されて、周波数二倍化レーザの共振器を形成し、偏光素子、利得媒質、テレスコープモジュール及び非線形結晶が共振器内に配置され、テレスコープモジュールが、利得媒質と非線形結晶との間に配置される。本開示は更に、高調波レーザを生成する方法を提供する。周波数二倍化レーザ並びに高調波レーザを生成する方法により、非線形結晶の位置がより融通性のあるものになり、非線形結晶に対する損傷の可能性が低減される。
2019526924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、利得媒質と、テレスコープモジュールと、偏光素子と、非線形結晶と、を備えた周波数二倍化レーザであって、
前記第１の反射ミラー及び前記第２の反射ミラーが離間して配置されて、前記周波数二倍化レーザの共振器を形成し、前記偏光素子、前記利得媒質、前記テレスコープモジュール及び前記非線形結晶が前記共振器内に配置され、前記テレスコープモジュールが、前記利得媒質と前記非線形結晶との間に配置される、周波数二倍化レーザ。
【請求項２】
前記利得媒質、第１のキャビティレンズ、第２のキャビティレンズ、及び前記非線形結晶が直線に沿って配列される、請求項１に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項３】
前記テレスコープモジュールは、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズを備え、前記第１のキャビティレンズ及び前記第２のキャビティレンズは、前記利得媒質から放出されるレーザに沿って離間して配置され、前記利得媒質は、前記第１のキャビティレンズ及び前記第２のキャビティレンズの光軸と一致する、請求項１に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項４】
前記第１のキャビティレンズは平凹レンズであり、前記第２のキャビティレンズは平凸レンズであり、前記平凹レンズの凹面が前記平凸レンズの凸面と対向している、請求項３に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項５】
前記偏光素子は、前記第１の反射ミラーと前記テレスコープモジュールとの間に配置され、前記偏光素子は、前記利得媒質から出力された基本周波数レーザを直線偏光に変換するよう構成される、請求項１に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項６】
前記偏光素子の偏光方向は、前記非線形結晶の光軸と平行又は垂直であり、或いは、前記偏光方向は、前記非線形結晶の光軸と４５度の夾角を形成する、請求項５に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項７】
前記利得媒質と前記テレスコープモジュールとの間に配置され且つ高調波レーザを出力するよう構成される高調波出力ミラーを更に備える、請求項１に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項８】
前記高調波出力ミラーは、対向する第１及び第２の面を有し、前記第１の面が前記非線形結晶に面し、前記第２の面が前記利得媒質に面し、前記第１の面は、第１の高調波出力ミラーフィルムで被覆されて、前記高調波レーザを反射して、基本周波数レーザを透過するよう構成され、前記第２の面は、第２の高調波出力ミラーフィルムで被覆され、該第２の高調波出力ミラーフィルムは、基本周波数反射防止フィルムであり、前記基本周波数レーザの透過を向上させるように構成される、請求項７に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項９】
前記偏光素子、前記利得媒質、前記テレスコープモジュール、及び前記非線形結晶は、ジグザグ形構成で配列される、請求項１に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項１０】
前記テレスコープモジュールは、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズを備え、前記偏光素子、前記利得媒質、及び前記第２のキャビティレンズは、第１の直線に沿って共線状に配列され、前記第１のキャビティレンズ及び前記非線形結晶は、第２の直線に沿って共線状に配列される、請求項９に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項１１】
前記第１のキャビティレンズは、前記第１の直線と夾角を形成し、前記第２のキャビティレンズの法線は、前記第２の直線と夾角を形成する、請求項１０に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項１２】
前記第１のキャビティレンズ及び前記第２のキャビティレンズは、互いに対向し、前記第１のキャビティレンズは全光反射装置であり、前記第２のキャビティレンズは、高調波出力ミラーであり、高調波レーザを出力し基本周波数レーザを反射するよう構成されている、請求項１０に記載の周波数二倍化レーザ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかによる周波数二倍化レーザを用いた高調波レーザの生成方法であって、
前記周波数二倍化レーザの焦点調整量Δを０に設定するステップであって、前記焦点調整量Δ＝Ｌ−（ｆ1＋ｆ2）であり、ここでＬは前記第１のキャビティレンズと前記第２のキャビティレンズの間の距離であり、ｆ1は前記第１のキャビティレンズの焦点距離、ｆ2は前記第２のキャビティレンズの焦点距離である、ステップと、
前記利得媒質を励起して基本周波数レーザを出力し、出力された高調波レーザの光度エネルギーを検出するステップと、
前記焦点調整量Δを順方向又は逆方向で調整して、前記高調波レーザ出力が止まるまで前記焦点調整量を調整するステップと、
最大高調波出力エネルギーを有する位置を選択し、最適焦点調整量の位置を得て、前記高調波レーザを出力するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ分野に属する、周波数二倍化レーザ及び高調波レーザを生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の増加及び新しいエネルギー産業の活発な発展に伴って、高電力回路及び蓄電池技術に対する緊急の必要性が提起されている。重要な導電材料として、高効率で安定した銅の溶接が注目されている。銅は、熱伝導率が高く、近赤外線レーザの吸収率が室温で比較的小さく、融点付近で急激に上昇するので、レーザ溶接プロセスは、加工物の表面品質の影響を受けやすい可能性がある。銅レーザ溶接には、依然として極めて困難な問題がある。
【０００３】
銅レーザ溶接の欠陥は、長いパルス緑色光（１００μｓを上回るパルス幅）を用いることにより対処することができる。緑色帯域では、銅のレーザ吸収率が４０％に達する可能性があり、集束した緑色光は、より小さな焦点及びより高い出力密度を有し、結果として、高品質溶接スポットに容易にアクセスすることができる。従って、長いパルス緑色レーザを溶接光源として用いることで、銅溶接の生産性及び品質を有意に改善することができる。
【０００４】
現在のところ、可視スペクトルの高エネルギーレーザは、主として、Ｑスイッチレーザ装置などの短パルス又は超短パルスレーザ装置に基づいている。準連続高エネルギー固体レーザシステムでは、基本周波数光のビーム品質及びピーク出力密度に起因して、変換効率が比較的低い。キャビティ内周波数二倍化を備えた従来の長パルス緑色光レーザ装置は、共振器内にレンズを挿入することによって、非線形結晶における基本周波数光の出力密度を改善している。しかしながら、この手法は、非線形結晶の組み付け位置を極めて小さな範囲に制限する必要があり、非線形結晶が損傷を受けやすい可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、非線形結晶の位置の融通性を有し、非線形結晶に対する損傷を低減した、周波数二倍化レーザ及び高調波レーザ生成方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
周波数二倍化レーザは、第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、利得媒質と、テレスコープモジュールと、偏光素子と、非線形結晶と、を備え、第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーが離間して配置されて、周波数二倍化レーザの共振器を形成し、偏光素子、利得媒質、テレスコープモジュール及び非線形結晶が共振器内に配置され、テレスコープモジュールが、利得媒質と非線形結晶との間に配置される。
【０００７】
実施形態の１つにおいて、利得媒質、第１のキャビティレンズ、第２のキャビティレンズ、及び非線形結晶は、直線に沿って配列される。
【０００８】
実施形態の１つにおいて、テレスコープモジュールは、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズを含み、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズは、利得媒質から放出されるレーザに沿って離間して配置され、利得媒質は、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズの光軸と一致する。
【０００９】
実施形態の１つにおいて、第１のキャビティレンズは平凹レンズであり、第２のキャビティレンズは平凸レンズであり、平凹レンズの凹面が平凸レンズの凸面と対向している。
【００１０】
実施形態の１つにおいて、偏光素子は、第１の反射ミラーとテレスコープモジュールとの間に配置され、偏光素子は、利得媒質から出力された基本周波数レーザを直線偏光に変換するよう構成される。
【００１１】
実施形態の１つにおいて、偏光素子の偏光方向は、非線形結晶の光軸と平行又は垂直であり、或いは、偏光方向は、非線形結晶の光軸と４５度の夾角を形成する。
【００１２】
実施形態の１つにおいて、周波数二倍化レーザは、利得媒質と前記テレスコープモジュールとの間に配置され且つ高調波レーザを出力するよう構成される高調波出力ミラーを更に含む。
【００１３】
実施形態の１つにおいて、高調波出力ミラーは、対向する第１及び第２の面を有し、第１の面が非線形結晶に面し、第２の面が利得媒質に面し、第１の面は、第１の高調波出力ミラーフィルムで被覆されて、高調波レーザを反射して、基本周波数レーザを透過するよう構成され、第２の面は、第２の高調波出力ミラーフィルムで被覆され、該第２の高調波出力ミラーフィルムは、基本周波数反射防止フィルムであり、基本周波数レーザの透過を向上させるように構成される。
【００１４】
実施形態の１つにおいて、偏光素子、利得媒質、テレスコープモジュール、及び非線形結晶は、ジグザグ形構成で配列される。
【００１５】
実施形態の１つにおいて、テレスコープモジュールは、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズを備え、偏光素子、利得媒質、及び第２のキャビティレンズは、第１の直線に沿って共線状に配列され、第１のキャビティレンズ及び非線形結晶は、第２の直線に沿って共線状に配列される。
【００１６】
実施形態の１つにおいて、第１のキャビティレンズは、第１の直線と夾角を形成し、第２のキャビティレンズの法線は、第２の直線と夾角を形成する。
【００１７】
実施形態の１つにおいて、第１のキャビティレンズ及び第２のキャビティレンズは、互いに対向し、第１のキャビティレンズは全光反射装置であり、第２のキャビティレンズは、高調波出力ミラーであり、高調波レーザを出力し基本周波数レーザを反射するよう構成されている。
【００１８】
上述の周波数二倍化レーザを用いた高調波レーザの生成方法は、周波数二倍化レーザの焦点調整量Δを０に設定するステップであって、焦点調整量Δ＝Ｌ−（ｆ1＋ｆ2）であり、ここでＬは第１のキャビティレンズと第２のキャビティレンズの間の距離であり、ｆ1は第１のキャビティレンズの焦点距離、ｆ2は第２のキャビティレンズの焦点距離であるステップと、
利得媒質を励起して基本周波数レーザを出力し、出力された高調波レーザの光度エネルギーを検出するステップと、
焦点調整量Δを順方向又は逆方向で調整して、高調波レーザ出力が止まるまで焦点調整量を調整するステップと、
最大高調波出力エネルギーを有する位置を選択し、最適焦点調整量の位置を得て、高調波レーザを出力するステップと、
を含む。
【００１９】
上述の周波数二倍化レーザ並びに高調波レーザを生成する方法によれば、テレスコープ共振システムは、周波数二倍化レーザに配置され、従って、共振器に焦点が存在せず、非線形結晶の位置がより融通性のあるものになり、非線形結晶に対する損傷の可能性が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態による周波数二倍化レーザの概略図である。
【図２】基本レーザビームの焦点調整量とビーム品質因子の曲線である。
【図３】基本レーザビームの高調波変換効率とビーム品質因子の関係を示すグラフである。
【図４】１つの実施形態による、周波数二倍化レーザを用いた高調波レーザの生成方法のフローチャートである。
【図５】別の実施形態による、周波数二倍化レーザの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の目的、技術的解決手段及び利点がより明らかになるように、添付図面及び実施形態と併せて本開示を詳細に説明する。本発明を限定するのではなく、例示の目的で特定の実施形態が記載されていることを理解されたい。
【００２２】
本開示に記載される「第１」及び「第２」などの用語が種々の要素を記述するために本明細書で使用される場合があるが、これらの要素は、このような用語によって限定されるものではない点を理解されたい。これらの用語は、第１の要素を第２の要素と区別することを意図しているに過ぎない。
【００２３】
図１を参照すると、本開示による周波数二倍化レーザ１００は、第１の反射ミラー１、第２の反射ミラー２、利得媒質３、テレスコープモジュール５、偏光素子６、及び非線形結晶７を含む。第１の反射ミラー１及び第２の反射ミラー２は、離間して配置されて、周波数二倍化レーザ１００の共振器を形成し、共振器内には、偏光素子６、利得媒質３、テレスコープモジュール５及び非線形結晶７が配置される。
【００２４】
第１の反射ミラー１及び第２の反射ミラー２は、離間して配置されている。第１の反射ミラー１は、共振器において基本周波数レーザを全反射し、第２の反射ミラー２は、基本周波数レーザ及び高調波レーザの両方を全反射する。第１の反射ミラー１は、基本周波数レーザを反射するよう第１の反射フィルム１１で被覆することができ、第２の反射ミラー２は、基本周波数レーザ及び高調波レーザを反射するよう第２の反射フィルム２１で被覆することができる。
【００２５】
利得媒質３は、第１の反射ミラー１に隣接して設けられ、該利得媒質は、基本周波数レーザを出力するよう構成され、基本周波数レーザのパルス幅は、１００μｍよりも大きくすることができる。利得媒質３は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶とすることができ、或いは、Ｎｄ：ガラス、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧなど、その他の利得媒質とすることができる。利得媒質３の両端は、１０６４ｎｍ反射防止フィルムで被覆されている。
【００２６】
テレスコープモジュール５は、共振器内で利得媒質３と第２の反射ミラー２との間に配置される。テレスコープモジュール５は、共振器の等価キャビティ長を増大するよう構成されて、非線形結晶７における基本周波数光の発散角を低減し、且つ利得媒質３及び非線形結晶７における基本周波数光の面積比を増大するようにする。テレスコープモジュール５は、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２を含み、これらは、利得媒質３から放出されるレーザに沿って離間して配置される。利得媒質３は、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２の光軸と一致する。加えて、第１のキャビティレンズ５１は平凹レンズとすることができ、第２のキャビティレンズ５２は平凸レンズであり、平凹レンズの凹面が平凸レンズの凸面に対向する。平凹レンズと平凸レンズ間の距離をＬ、平凹レンズの焦点距離をｆ1、平凸レンズの焦点距離をｆ2とすると、テレスコープモジュール５の焦点調整量は、Δ＝Ｌ−（ｆ1−ｆ2）である。テレスコープモジュール５の焦点調整量を調整することにより、周波数二倍化効率を最適化することができる。テレスコープモジュール５を設定することにより、共振器の等価キャビティ長が増大し、このことは、より高いビーム品質を得て、より高い周波数二倍化効率を得るようにするのに有利である。平凹レンズ及び平凸レンズは、単なる具体的な実施形態に過ぎず、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２は、共振器の等価キャビティ長を増大させることができる限り、実際の要求に応じて選択することができる。
【００２７】
非線形結晶７は、テレスコープモジュール５と第２の反射ミラー２との間に配置され、第２又はそれよりも高い高調波を生成する。非線形結晶７の光軸は、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２の光軸と一致することができる。加えて、利得媒質３、第１のキャビティレンズ５１、第２のキャビティレンズ５２及び非線形結晶７は、直線に沿って配列される。非線形結晶７は、共振器における基本周波数レーザを非線形相互作用により周波数二倍化レーザに変換する。
【００２８】
偏光素子６は、第１の反射ミラー１とテレスコープモジュール５との間に配置され、該偏光素子６は、利得媒質３から出力された基本周波数レーザを直線偏光に変換するように構成されて、偏光素子６の設定を容易にし、且つ該偏光素子６を損傷から保護するようにする。偏光素子６は、直線に沿って、利得媒質３、第１のキャビティレンズ５１、第２のキャビティレンズ５２及び非線形結晶７と共線状に配列することができる。加えて、偏光素子６の偏光方向は、非線形結晶７の光軸と平行又は垂直であり（Ｉ型位相整合）、或いは、偏光方向は、非線形結晶７の光軸と４５度の夾角を形成し（ＩＩ型位相整合）て、位相整合を実施する。偏光素子６はまた、共振器において他の位置に配置することができる。
【００２９】
加えて、周波数二倍化レーザ１００は更に、利得媒質３と非線形結晶７との間に配置される高調波出力ミラー８を含む。周波数二倍化レーザ１００は、高調波レーザを出力するよう構成され、これにより、高調波出力ミラー８を損傷から効率的に保護することができ、また、損失を低減して、より高い高調波出力効率を得るようにすることができる。具体的には、高調波出力ミラー８は、利得媒質３とテレスコープモジュール５との間に配置することができる。高調波出力ミラー８の面法線は、光軸に対して所定の夾角を形成し、高調波レーザを反射し、該高調波レーザを共振器の外に出力することができるようになる。高調波出力ミラー８は、２つの対向する面を有し、該高調波出力ミラー８の２つの対向する面は、両方ともフィルムを備える。具体的には、高調波出力ミラー８は、第１の面及び第２の面を有し、該第１の面は、非線形結晶７に面して設けられ、第２の面は、利得媒質３に面して設けられる。第１の面は、第１の高調波出力ミラーフィルム８１で被覆され、この高調波出力ミラーフィルムは、高調波反射フィルムであり、高調波レーザを反射して基本周波数レーザを透過するよう構成され、高調波レーザを反射し、該高調波レーザを共振器の外に出力するようにする。第２の面は、第２の高調波出力ミラーフィルム８２で被覆され、この高調波出力ミラーフィルムは、基本周波数反射防止フィルムであり、高調波出力ミラー８における基本周波数レーザの透過を向上させるよう構成される。高調波出力ミラー８はまた、非線形結晶７と第１の反射ミラー１との間の他の位置に配置することができ、実際の要求に応じて調整することができる点を理解されたい。
【００３０】
加えて、周波数二倍化レーザ１００は更に、光をポンピングして利得媒質３を励起させ、基本周波数レーザを生成するように構成されたポンピングユニット４を含む。ポンピングユニット４は、フラッシュランプ又は半導体レーザを含むことができる。
【００３１】
周波数二倍化レーザ１００の作動時には、利得媒質３によって出力される基本周波数レーザは、第１の反射ミラー１と第２の反射ミラー２との間で結合され、発振及び増幅状態になる。非線形結晶７は、基本周波数レーザの一部を二倍化周波数高調波レーザに変換する。非線形結晶７により変換された二倍化周波数高調波レーザは、共振器を介して高調波出力ミラー８により結合され出力することができる。
【００３２】
周波数二倍化レーザ１００の高調波変換効率は、３つのパラメータ、すなわち、結晶長さ、有効非線形係数、及び利得媒質及び非線形結晶における基本周波数光の面積比（Ａ1／Ａ2）に依存する。最初の２つのパラメータを変えることは比較的困難であるので、より大きいＡ1／Ａ2を得るよう共振器の構造を調整することにより、二倍化周波数効率を改善することができる。加えて、非線形結晶における基本周波数レーザの発散角を小さくすることにより、二倍化周波数効率の改善を容易にすることができる。本開示のテレスコープモジュールは、比較的大きなＡ1／Ａ2と、非線形結晶における基本周波数レーザの発散角を小さくする共振器構造とを同時に得ることを可能にする。
【００３３】
加えて、図２及び図３を参照すると、テレスコープモジュールにおいて、テレスコープシステムの焦点調整量の微調整により、基本周波数レーザのビーム品質の微調整を実施することができる。テレスコープモジュールシステムは、２つのグループのレンズからなり、利得媒質と非線形結晶との間に配置され、Ｌは、レンズ間の距離である。利得媒質に隣接するレンズグループの焦点距離をｆ1、非線形結晶に隣接するレンズグループの焦点距離をｆ2とすると、焦点調整量Δは、Ｌ−（ｆ1＋ｆ2）として定義される。所与の非線形結晶及び共振器構造では、ビーム品質の微調整を介して、高調波変換効率を大きな範囲で調整することができる。
【００３４】
テレスコープモジュールを高調波変換装置に導入することにより、上述の実施形態による周波数二倍化レーザ１００は、以下の利点を有する。
【００３５】
第１に、共振器内に焦点が存在せず、非線形結晶の位置がより融通性があり、非線形結晶への損傷の可能性が低い。
【００３６】
第２に、テレスコープモジュールの焦点調整量を調整することができ、従って、周波数二倍化効率が最適化され、高調波出力効率が改善される。
【００３７】
第３に、同じ共振器長さの場合、テレスコープモジュールは、より高いビーム品質及びより小さい発散角を得ることができ、より高い周波数二倍化効率を得るのに有利である。
【００３８】
加えて、図２を参照すると、高調波レーザを効率的に出力するために、以下のステップを含む、周波数二倍化レーザによる高調波レーザを生成する方法が提供される。
【００３９】
ステップＳ１０において、焦点調整量Δが０に設定される。
【００４０】
ステップＳ１１において、利得媒質が励起されて基本周波数レーザを出力し、出力された高調波レーザの光度エネルギーが検出される。
【００４１】
基本周波数レーザのエネルギーは、エネルギーメーターにより検出されることになる高調波光度エネルギーに設定される。
【００４２】
ステップＳ１２において、焦点調整量Δが、順方向又は逆方向で調整され、高調波レーザ出力が止まるまで、焦点調整量が調整される。
【００４３】
テレスコープモジュールの焦点調整量を調整する際には、焦点調整量の変化量により、高調波出力エネルギーがあまり大きく変化しないようにするべきである。
【００４４】
ステップＳ１３において、最大高調波出力エネルギーを有する位置が選択されて、最適焦点調整量の位置が確保され、高調波レーザが出力される。
【００４５】
出力された高調波のエネルギーを試験することによって、テレスコープモジュール５の中で最大高調波出力エネルギーを有する第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２の位置が選択され、従って、最適焦点調整量を有する位置が確保される。
【００４６】
周波数二倍化レーザを用いて高調波レーザを生成する上述の方法によれば、周波数二倍化レーザの高調波出力効率は、テレスコープモジュールの焦点調整量を調整することにより改善することができる。
【００４７】
図３を参照すると、本開示の別の実施形態による周波数二倍化レーザ２００は、第１の反射ミラー１、第２の反射ミラー２、利得媒質３、テレスコープモジュール５、偏光素子６、及び非線形結晶７を含む。第１の反射ミラー１及び第２の反射ミラー２は、離間して配置されて、周波数二倍化レーザ２００の共振器を形成する。利得媒質３、テレスコープモジュール５、偏光素子６、及び非線形結晶７は共振器内に配置され、利得媒質３、テレスコープモジュール５、偏光素子６、及び非線形結晶７は、ジグザグ形構成で配列される。
【００４８】
第２の実施形態による周波数二倍化レーザ２００は、利得媒質３、テレスコープモジュール５、偏光素子６、及び非線形結晶７がジグザグ形構成で配列されていること、及びテレスコープモジュール５が、高調波レーザを出力するよう構成された高調波出力ミラーとしても同時に機能することを除けば、第１の実施形態と実質的に同じである。
【００４９】
具体的には、第１の反射ミラー１及び第２の反射ミラー２は、位置がずれており、すなわち、第１の反射ミラー１及び第２の反射ミラー２は、同じ直線に沿って配列されていない。偏光素子６、利得媒質３及び第１の反射ミラー１は、第１の直線に沿って共線状に配列され、非線形結晶７及び第２の反射ミラー２は、第２の直線に沿って共線状に配列され、従って、利得媒質３、テレスコープモジュール５、偏光素子６、及び非線形結晶７は、全体的にジグザグ形に配列される。利得媒質３からの基本周波数レーザ出力は、テレスコープモジュール５によって反射されて、非線形結晶７を介して第２の反射ミラー２に入り、次いで、第２の反射ミラー２を介して元の光学経路に沿って第１の反射ミラー１に戻り、すなわち、第１の反射ミラー１と第２の反射ミラー２との間で往復して発振及び増幅状態となる。
【００５０】
テレスコープモジュール５は、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２を含み、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２の法線は、共振器におけるレーザの伝送方向に対して夾角を形成する。第２のキャビティレンズ５２は、第１の反射ミラー１、偏光素子６、及び利得媒質３と直線に沿って共線状に配列されて、基本周波数レーザを第１のキャビティレンズ５１に反射し、高調波レーザを出力するようにする。第１のキャビティレンズ５１は、非線形結晶７及び第２の反射ミラー２と直線に沿って共線状に配列可能であり、基本周波数レーザを反射し、また、第２の反射ミラー２から反射された高調波レーザを再び第２のキャビティレンズに反射して、高調波レーザを出力し、また、第２のキャビティレンズ５２を介して基本周波数レーザを第１の反射ミラー１に反射し、かくして、基本周波数レーザは、第１の反射ミラー１と第２の反射ミラー２との間で発振及び増幅状態になる。
【００５１】
第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２は、互いに対向し、第１のキャビティレンズ５１は、基本周波数レーザ及び高調波レーザを反射するよう構成された全光反射装置であり、第２のキャビティレンズ５２は、同時に高調波出力ミラーとしても機能し、高調波レーザを出力し基本周波数レーザを反射するよう構成される。具体的には、第２のキャビティレンズ５２に対向する第１のキャビティレンズ５１の表面は、第１のキャビティレンズフィルム５１１で被覆されて、基本周波数レーザ及び高調波レーザを反射し、第１のキャビティレンズ５１に対向する第２のキャビティレンズ５２の表面は、第２のキャビティレンズフィルム５２１を備え、出力のため高調波レーザを透過し、また、基本周波数レーザを反射するようにする。
【００５２】
第２の実施形態による上述の周波数二倍化レーザ２００の作動中、第１の反射ミラー１によって反射された基本周波数レーザは、利得媒質３を通過して、第２のキャビティレンズ５２に入る。基本周波数レーザは、第２のキャビティレンズ５２によって反射された後、第１のキャビティレンズ５１に入る。基本周波数レーザは、第１のキャビティレンズ５１によって反射された後、非線形結晶７に入り、次いで、第２の反射ミラー２によって反射された後、非線形結晶７に入る。次に、基本周波数レーザは、再度非線形結晶７、第１のキャビティレンズ５１及び第２のキャビティレンズ５２を通過して、利得媒質３に戻る。基本周波数レーザは、利得媒質３を再度通過して第１の反射ミラー１に到達し、共振器内の伝送を完了する。基本周波数レーザは、第１の反射ミラー１、第２の反射ミラー２、第１のキャビティレンズ５１、及び第２のキャビティレンズ５２によって形成される共振器にて境界付けられ、利得媒質３を交互に通過して増幅状態になる。一方で、第２のキャビティレンズ５２は高調波レーザを透過するので、第２のキャビティレンズ５２は、高調波出力ミラーとして機能し、高調波レーザを出力するようにする。
【００５３】
上述の実施形態による周波数二倍化レーザ１００は、テレスコープモジュールを高調波変換装置に導入することにより以下の利点を有する。
【００５４】
第１に、共振器内に焦点が存在せず、非線形結晶の位置により融通性がある。
【００５５】
第２に、テレスコープモジュールの焦点調整量を調整することができ、従って、周波数二倍化効率が最適化され、高調波出力効率が改善される。
【００５６】
第３に、同じ共振器長さの場合、テレスコープモジュールは、より高いビーム品質及びより小さい発散角を得ることができ、より高い周波数二倍化効率を得るのに有利である。
【００５７】
最後に、共振器における共振器キャビティレンズは、高調波出力キャビティレンズとして機能しているので、追加の高調波出力キャビティレンズは必要ではなく、従って構造がより小型であり、共振器におけるレーザの伝送に対する追加の高調波出力キャビティミラーの影響を更に削減することができ、出力効率が改善される。
【００５８】
本開示は、具体的な実施形態を参照しながら本明細書で例示され説明されたが、図示の詳細事項に限定されるものではない。むしろ、本開示から逸脱することなく、請求項の均等物の範囲内の詳細において様々な実施形態が実施可能である。従って、本開示の保護範囲は、請求項の保護範囲に従うものとする。
【符号の説明】
【００５９】
１００  周波数二倍化レーザ
１  第１の反射ミラー
１１  第１の反射フィルム
２  第２の反射ミラー
２１  第２の反射フィルム
３  利得媒質
４  ポンピングユニット
５  テレスコープモジュール
５１  第１のキャビティレンズ
５１１  第１のキャビティレンズフィルム
５２  第２のキャビティレンズ
５２１  第２のキャビティレンズフィルム
６  偏光素子
７  非線形結晶
８  高調波出力ミラー
８１  第１の出力ミラーフィルム
８２  第２の出力ミラーフィルム
【図１】
2019526924.tif 000003
【図２】
2019526924.tif 000004
【図３】
2019526924.tif 000005
【図４】
2019526924.tif 000006
【図５】
2019526924.tif 000007
【国際調査報告】
2019526924.tif 000008
2019526924.tif 000009
2019526924.tif 000010
2019526924.tif 000011
2019526924.tif 000012
2019526924.tif 000013